[0001] Die Erfindung betrifft eine Endstufe eines optischen Senders für digitale Signalübertragung,
mit einem zur Senderdiode in Emitterschaltung parallel geschalteten Transistor (Shunt
- Transistor) und einem zwischen dessen Ein- und Ausgang eingeschalteten Gegenkopplungsnetzwerk.
Eine derartige, in Fig. 1 angegebene optische Senderendstufe ist z.B. von dem Experimentiersystem
"OXE" der Anmelderin bekannt. Durch die Verwendung des Shunt-Transistors sind gegenüber
dem ebenfalls bekannten Aufbau optischer Sender als geschaltete Stromquelle Strom
- schwankungen während der Ein- und Ausschaltzeiten der Senderdiode (in der Praxis
hauptsächlich LED) und damit Störsignale auf den Versorgungsleitungen vermieden; darüberhinaus
ist damit ein einfacher Schaltungsaufbau und die Verwendung kleiner und schneller
HF-Transistoren ermöglicht.
[0002] Bei einer Shunt-Schaltung ohne Gegenkoppiung tritt durch Sättigung des Shunt-Transitors
(U
CE unterschreitet die Sättigungs - spannung U = 0,3 V) ein unerwünschter Speichereffekt
auf, da beim anschließenden Sperren des Shunt-Transistors zuerst die gespeicherten
Ladungsträger ausgeräumt werden müssen, ehe die Kollektorspannung wieder ansteigt.
Die Speicherzeit ist abhängig vom Basis- und Kollektorstrom und kann im ungünstigsten
Fall mehrere Mikrosekunden betragen, sodaB im Extremfall bei ent - sprechend hohen
Bitraten die Senderdiode überhaupt nicht mehr einschaltet. Zur Vermeidung dieses Effektes
hat man zwischen Basis und Kollektor des Shunt - Transistors als Gegenkopplung eine
Schottky - Diode vorgesehen. Da deren Durchlasspannung 0,3,V und die Basisspannung
des Shunt-Transistors 0,7 V be - trägt, wird auf einfache Weise das Kollektorpotential
des Shunt-Transistors auf einem Wert von ≥ 0,4 V gehalten, bei dem eine Sättigung
mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Diese Schaltung ist indessen ohne weitere Maßnahmen
nur bis zu Kollektorströmen von maximal etwa 30 mA verwendbar, weil bei höheren Kollektorströmen
des Shunt-Transistors im Falle der Gegenkopplung der Spannungsabfall an der Schottky
- Diode o,3V übersteigt und somit das Kollektorpotential unter o,4 V ab - sinkt und
die Sättigungsspannung erreicht.
[0003] Für alle hochwertigen Übertragungssysteme, insbesondere für industrielle Anwendungen
mit größeren Reichweiten werden je - doch Kollektorströme von > 50 mA benötigt, sodaB
die bekannte Senderendstufe lediglich für einen sehr schmalen Anwendungsbe - reich
geeignet ist,
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Endstufe der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei der mit möglichst geringem Schaltungsaufwand eine Sättigung des Shunt-Transistors
unabhängig vom Kollektorstrom wirksam vermieden ist.
[0005] Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daB das Gegenkopplungsnetz - werk so ausgebildet
ist, daB ein Absinken des Kollektorpotentials des Shunt - Transistors unter einen
einstellbaren, über seiner Sättigungsspannung liegenden Wert durch Verringerung seines
Basisstroms verhindert ist. Das Kollektorpotential des Shunt - Transistors ist somit
stets größer als seine Sättigungsspannung, sodaB die optische Senderendstufe auf höchst
einfache und kostensparende Weise sowohl bei niederen, als auch bei hohen Senderleistungen
frei von Speichereffekten und damit auf der gesamten Breite der Anwendungsmöglichkeiten
einsetzbar ist.
[0006] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen bzw. eine vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung nach dem Hauptanspruch beschrieben.
[0007] Durch ein Gegenkopplungsnetzwerk gemäB Anspruch 2 arbeitet die erfindungsgemäBe Endstufe
unabhängig von der Größe der Versorgungsspannung und ist damit ohne Änderung von Schaltungsbauteilen
z.B. im Bereich von 5 - 15 V universell für verschiedene Logikfamilien verwendbar.
[0008] Eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführung einer solchen Stromquelle nach
Anspruch 2 ist in Anspruch 3 angegeben, bei der die minimale Spannung am Kollektor
des Shunt-Transistors durch das einstellbare Basispotential (URef) mühelos und ohne
groBen Aufwand bestimmbar ist. Im Bedarfsfalle können selbstverständlich der Transistor
T
G und der Wider - stand R
G durch einen geeigneten Operationsverstärker ersetzt sein.
[0009] Eine mit minimalem Aufwand ausgeführte Gegenkopplung ist dem Anspruch 4 zu entnehmen.
Dabei ist allerdings in Kauf zu nehmen, daB für unterschiedliche Versorgungsspannungen
jeweils eine Änderung der Bauteile oder ein zusätzlicher Schaltungsaufwand nötig ist.
[0010] Eine SchaltungsmaBnahme gemäB Anspruch 5 bewirkt eine Strom - überhöhung sowohl der
ansteigenden als auch der abfallenden Flanken der Digitalsignale; auf diese Weise
ist eine wesent - liche Verringerung der Schaltzeiten der Senderdiode und somit eine
größere Übertragungskapazität erreicht.
[0011] Die Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäBen
optischen Senderendstufe.
[0012] Das digitale Eingangssignal gelangt vom EingangsanschluB U
E über einen einstufigen Vorverstärker T
V, R
1, R
2, R3, R
4 und einen Shunt-Transistor T
s in Emitterschaltung auf die dazu parallel liegende, als LED ausgebildete Senderdiode
D, der zur Verkürzung der Schaltzeiten die Parallelschaltung eines Kondensators C
und eines Widerstandes R
5 in Serie geschaltet ist; Die Kathode der Senderdiode D, sowie der Emitter des Shunt
- Transistors T sind mit Masse verbunden; dessen Kollektor (und damit der diodenferne
AnschluB der Parallelschaltung C, R
5) ist einerseits über einen Vorwiderstand R
V an den positiven Pol der Betriebsspannung + U
B und zum anderen in einem Gegen - kopplungszweig über einen Widerstand R
G an den Emitter eines Transistors T
G angeschlossen, dessen Kollektor über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors
T
V des Vorverstärkers mit der Basis des Shunt-Transistors T und dessen Basis mit einer
Refes
renzspannungsquelle U
Ref verbunden ist.
[0013] Der Widerstand R
1 des Vorverstärkers liegt zwischen dem EingangsanschluB U
E und der Basis des Transistors T
V; die Widerstände R
2 und R
3 verbinden dessen Basis bzw. Kollektor mit dem posi - tiven Pol der Betriebsspannung
U
B, der Widerstand R
4 seinen Kollektor mit Masse. Der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers ist durch entsprechende
Wahl des Verhältnisses der Widerstände R
4/R
3, der Signalhub des Digitalsignales an der Basis des Transistors T
V durch entsprechende GröBe der Widerstände R und R
2 einstellbar.
[0014] Die Referenzspannung U
Ref liegt um die Basis-Emitterspannung des Transistors T
G über dem unteren Grenzwert der Kollektorspannung des Shunt-Transistors T
s.
[0015] Dieser Grenzwert ist somit durch entsprechende Wahl der Referenzspannung U
Ref auf jeden gewünschten Wert (gröBer als die Sättigungsspannung des Shunt-Transistors
T ) einstellbar.
[0016] Solange die Kollektorspannung des Shunt-Transistors T
s über dem eingestellten unteren Grenzwert liegt, ist die Gegenkopplung nicht wirksam.
Erreicht die Kollektorspannung jedoch diesen unteren Grenzwert, so wird der Transistor
T
G leitend; der Strom durch diesen Transistor erhöht den Spannungsabfall am Widerstand
R
3 und reduziert damit den Kollektorstrom des Transistors T
V und somit auch den Basisstrom des Shunt-Transistors T
S. Mit Hilfe des Widerstandes R
G ist der-Verstärkungsgrad der Gegenkopplung einstell - bar. Diese Gegenkopplung verhindert
somit auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Weise unabhängig vom Kollektorstrom des
Shunt - Transistors T
s dessen Sättigung. AuBerdem arbeitet sie unabhängig von der GröBe der Betriebsspannung
U
B, da der Transistor T
G eine Stromquelle darstellt.
[0017] Die Parallelschaltung C, R
5 bewirkt sowohl ein schnelles Einschalten, als auch Löschen der Sendediode D. Im Moment
des Einschal - tens ist der nur durch den Widerstand R
V begrenzte Strom wirksam, in eingeschwungenem Zustand der Widerstand R
V + R
5. Durch die GröBe dieser beiden Widerstände läBt sich somit neben der Höhe des Betriebsstromes
der Grad der Stromüberhöhung, mit dem Wert der Kapazität C deren Dauer bestimmen.
[0018] Beim Ausschalten sinkt das Kollektorpotential des Shunt-Transistors T
s rasch bis zum unteren Grenzwert ab, das Potential der Senderdiode sinkt im gleichen
MaBe ab und unterschreitet deren FluBspannung, wodurch ein schnelles Abklingen der
Strahlung begünstigt wird. Durch diese Verkürzung der Schaltzeiten ist mit geringem
Aufwand eine gröBere Übertragungsgeschwindigkeit bzw. eine höhere Bitrate des optischen
Senders erreicht.
1. Endstufe eines optischen Senders für digitale Signalüber - tragung, mit einem zur
Senderdiode in Emitterschaltung parallel geschalteten Transistor (Shunt-Transistor)
und einem zwischen dessen Ein- und Ausgang eingeschalteten Gegenkopplungsnetzwerk,
dadurch gekennzeichnet, daB das Gegenkopplungsnetzwerk so ausgebildet ist, daB ein
Ab - sinken des Kollektorpotentials des Shunt-Transistors (TS) unter einen einstellbaren,.über seiner Sättigungsspannung liegenden Wert durch Verringerung
seines Basisstroms verhindert ist.
2. Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB das Gegenkopplungsnetzwerk
eine Stromquelle ist, deren Strom proportional zu der Spannung ansteigt, um die das
Kollektorpotential den eingestellten Wert unterschreitet.
3. Endstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle aus einem
Transistor (TG) besteht, der emitterseitig über einen Widerstand (RG) mit dem Kollektor des Shunt-Transistors
(T ) und kollektorseitig mit dem nicht in- vertierenden Anschluß eines Vorverstärkers
(TV, R1, R2, R33 R4) verbunden ist, dessen Ausgang auf den Eingang des Shunt-Transistors (T ) führt und
daB die Basis des Transi - stors (TG) an eine einstellbare Spannungsquelle (URef) an - geschlossen ist.
4. Endstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenkopplungsnetzwerk
aus einer oder mehreren in Serie geschalteten Diode bzw. Dioden besteht, die einerseits
an den Kollektor des Shunt-Transistors (T ) und andererseits an den nicht invertierenden
Anschluß eines ausgangsseitig mit dem Eingang des Shunt-Transistors (Ts) verbundenen Vorverstärkers angeschlossen ist bzw. sind.
5. Endstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn - zeichnet, daB in Serie
zur Senderdiode (D) die Parallel - schaltung eines Widerstandes (R5) und eines Kondensators (C) eingeschaltet ist und die gesamte Shunt-Schaltung (Ts, D, R5, C) über einen Vorwiderstand (RV) an der Versorgungsspannung (UB) liegt.